剖析拓展實驗真題，提升科學探究能力
——以2021年云南省初中學業水平考試化學試卷拓展實驗題為例

顏世利, 孫應倫

(1.昆明市第二中學，云南 昆明 650000;2.昆明市教育科學研究院，云南 昆明 650031)

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗是學生獲取化學知識和方法的重要途徑。實驗題，作為初中化學學業水平考試的必考題型，主要以基礎實驗題和拓展實驗題為主，考查學生的探究能力。本文中拓展實驗題是以學生認知為起點，基于學科核心知識和教材基礎實驗，難度又略高于教材的一種應用探究題型。此類題目多以教材中基礎實驗改進裝置，或多米諾效應實驗裝置為素材，從不同維度對知識理論和實驗技能加以提升，來解決陌生情景下的問題。此類題目能有效地提升學生的知識遷移能力，體現“化學就在身邊、學習化學有用”的課程理念[1]，具有很好的區分功能和選拔功能。

筆者有幸參加今年云南省學業水平考試化學拓展實驗題的閱卷工作，通過研究、評閱試卷，發現學生在解題中存在一些共性問題，同時引發教學思考。

1 試題回顧

在2021年云南省學業水平考試化學試卷中，第26題第(5)小題屬于拓展性實驗題。題目是：

生活中常用草酸溶液除鐵銹和瓷磚上的污漬。草酸晶體加熱會發生如下反應：

① 實驗中證明有水生成的現象是。

② 乙中澄清石灰水的作用是。

③ 要證明有CO生成，在不連接其他裝置的情況下，可進行的操作是。

2 試題分析

本題以生活中常見的除污劑草酸為背景，通過“多米諾效應”實驗裝置對草酸晶體加熱分解后的產物進行探究，以能力和素養考查立意，著重考查學生的科學素養和環保意識，綜合性較強。

1)在考查方式上，本題需要在排除其他物質干擾的情況下對物質的存在進行一一檢驗，注重在新情境下考查學生對物質性質、實驗現象、實驗操作等方面的掌握情況。

2)在知識層面上，本題主要考查了初中化學常見物質如水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和常見的堿溶液等物質性質及其變化，并且根據各物質的性質進行檢驗、除雜等綜合性實驗能力。

3)在素養培養上，本題涉及查閱資料尋找證據，通過實驗結論反推實驗現象，根據物質的性質推斷其作用，培養學生的“證據推理”和“變化觀念”素養；通過對一氧化碳檢驗方法的操作，體現了化學實驗的綠色化，發展學生的“科學態度與社會責任”素養；通過對反應后多種產物中物質的檢驗順序、除雜方法以及排除其他物質干擾等學科思想，形成了關于氣體“檢驗先驗水、除雜后除水”的有效思維模型，提升學生的“模型認知”素養；在上述實驗過程中，學生通過實驗目的、信息提取、裝置作用、實驗操作、實驗現象和結論的分析，能夠有效提升“科學探究與創新意識”素養。

3 本題參考答案及學生答題情況分析

本道試題的參考答案：① 甲中無水硫酸銅由白色變藍色；② 檢驗二氧化碳；③ 在裝置丁管口處點火。

第一個問題的常見錯誤有：藥品位置指代不明，未指明“甲中藥品”或“無水硫酸銅”；審題不清，將實驗中證明有水生成的現象答成甲中無水硫酸銅是否變藍，未作出肯定回答；實驗原理不清，信息提取能力較弱，雖然在題目中已有信息提示，但還是出現有堿石灰變色或氫氧化鈉變色等錯誤答案；另有部分同學由于對實驗現象的理解和描述產生認知偏差出現無法觀察和不易觀察現象，如無水硫酸銅變潮、變濕、無水硫酸銅變為有水硫酸銅等錯誤答案。

第二個問題題干是學生非常熟悉的物質澄清石灰水，由于學生熟知澄清石灰水與二氧化碳的反應，正確率較高，但部分同學對實驗目的或者對“檢驗”二字的理解出現問題，出現了除去或吸收二氧化碳、檢驗二氧化碳是否完全除盡，檢驗二氧化碳和一氧化碳等錯誤答案。

第三個問題得分率較低，錯誤答案表現為：不能對化學學習作出正確的價值判斷，有同學根據一氧化碳的毒性提出在裝置末端放活著的小動物，人呼吸看是否中毒等違背化學學科價值觀的操作；對操作的前提(不連接其他裝置的情況下)理解不夠透徹，出現了用氧化銅或氧化鐵粉末加熱檢驗，裝置末端加氣球的錯誤操作；有的同學想到利用一氧化碳的可燃性進行操作，但操作描述不夠全面，如裝置末端加酒精燈而沒有點燃操作；另有少數同學對裝置每一步流程的作用理解不到位，出現了將原有的裝置進行拆分檢驗，顯然是不符合題意的；還有部分同學提出通過定量計算稱量反應前后甲、乙、丙裝置的質量，運用質量守恒判斷一氧化碳的存在，但未想到一氧化碳的毒性會對空氣造成污染，不符合綠色化學的理念。

4 對提升學生拓展實驗探究能力的教學建議

4.1 全面掌握核心物質的基礎知識是順利完成拓展實驗題的前提

化學學科的研究對象是物質，拓展實驗是對物質及其各物質之間關系的綜合性考查。在教學中可以首先從物質類別的角度對初中化學的核心物質進行分類，如單質(氧氣、碳、鐵等)、氧化物(二氧化碳、一氧化碳、氧化鐵、氧化銅等)、兩酸(鹽酸和硫酸)兩堿(氫氧化鈉和氫氧化鈣)四鹽(氯化鈉、碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉)、有機物等，然后對核心物質從物質的組成、結構、性質和變化角度進行放射狀的解析，還可以利用思維導圖對不同物質的轉化關系進行關聯式的體系復習。總之，教師通過變換不同的呈現方式從不同的側重點對同一內容進行鞏固，從而使學生達到從熟知到真知再到熟練應用的層次，為拓展實驗題的順利解答提供有力的知識儲備。

4.2 正確的解題思路和方法是是順利完成拓展性實驗題的保障

拓展實驗題考查的是學生的綜合能力，是知識的內化和升華，還需要對學生解決此類題目的思維路徑上加以引導。首先引導學生解讀實驗目的或實驗原理，明確操作流程和每一個實驗裝置的作用，當遇到無法與所學內容建立關聯時，學會從題干中讀取有價值的資料信息，相信資料必有用，最后在解決問題是注意問題間的邏輯關系，學會用規范的語言進行描述。

4.3 根據教材內容，對教材實驗進行二次開發是解決拓展性實驗題的有效途徑

教師對課本實驗再加工、再整合、再創造的拓展實驗教學可以從以下幾個方面著手[2]：① 引導學生將教材實驗按照相似的實驗方法進行歸納整理。如燃燒條件的探究、二氧化碳與水的反應探究及鐵生銹條件的探究等實驗中均利用了控制變量法，學生通過幾組實驗的對比分析，反思感悟這種實驗方法在科學探究中的應用。② 對利用同一實驗原理在探究相同問題的裝置改進進行分析。例如，探究空氣中氧氣含量的實驗時，可以改進為如圖1所示的實驗裝置。③ 將物質的制備實驗和性質實驗相結合。例如，教師可將初中化學常見氣體(氧氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳)等各物質的制備和性質實驗設計成“多米諾效應”裝置圖的形式進行考查。

圖1 空氣中氧氣含量測定的改進裝置

4.4 對化學學科正確價值觀的引導是進行拓展性實驗的目的

化學學習的目的是為了應用化學知識使之更好的服務于人們的生產生活，無論過去或將來，化學都在環境保護、資源開發、化工生產等方面為推動人類進步和可持續發展起著不可替代的作用[3]。雖然在發展過程中可能帶來雙重影響，但“世界上沒有垃圾，只有放錯位置的寶藏”，教師要鼓勵學生在不斷的實踐中讓化學物質對人類的貢獻發揮至極致，引導學生形成“綠色化學”觀念，突出化學學科的正向價值。